關于3#煤層巷道快速掘進的探討

劉俊明

摘 要：介紹了石泉煤礦3#煤層的瓦斯地質條件、當前掘進巷道施工工藝以及瓦斯治理措施。為提升礦井煤巷掘進速度，有效解決采掘銜接問題，結合礦井相關資料探討了大斷面掘進問題。

關鍵詞：3#煤層；瓦斯治理；深孔預抽；大斷面掘進

中圖分類號：TD263 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.101

本礦井掘進巷道3#煤層賦存于二疊系山西組下部地層中，屬陸相湖泊型沉積，煤層厚度穩(wěn)定（平均6.14 m）。用《礦井瓦斯涌出量預測方法》（AQ 1018—2006）對礦井瓦斯涌出量進行分源預測，開采301采區(qū)，礦井絕對瓦斯涌出量為64.26 m3/min，相對瓦斯涌出25.45 m3/t。根據《煤礦安全規(guī)程》133條規(guī)定，山西石泉煤業(yè)有限責任公司屬高瓦斯礦井。

1 102兩順槽掘進方案

102掘進工作面瓦斯涌出量預測最大值達5.90 m3/min，礦通風部在煤炭科學研究總院沈陽研究院的指導下制定了如下瓦斯治理方案。

1.1 加強通風

考慮到102順槽掘進長度較長，決定前期采用一臺2×45 kW局扇，配備一路Φ1 000 mm風筒供風，后期增設一臺2×55 kW局扇，再配備一路Φ1 000 mm風筒，從而形成兩路風筒分別沿巷道兩幫同時向工作面供風，確保通風系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。兩路風筒供風解決了遠距離回風不暢問題，但其缺點也接踵而來，主要有：①工作面粉塵在空間、時間范圍上明顯增加；②兩路風流極易形成或大或小的渦流區(qū)；③給整個工作面的管線布置帶來了諸多不便，致使工作面高低壓電纜（包括信號、監(jiān)控、通訊、照明等）、風水管線、各種瓦斯管線吊掛混亂，難以滿足質量標準化的要求。

1.2 采用巷幫鉆場“邊抽邊掘”的措施

采用巷幫鉆場“邊抽邊掘”措施的目的是：①攔截巷道周邊煤體向掘進巷道釋放瓦斯；②提高掘進效率。鉆場設計如圖1所示。

1.2.1 鉆場布置

在巷道兩幫分別施工鉆場，兩側分別每隔100 m布置一個鉆場，兩幫鉆場在巷道軸線方向的間距為50 m。

1.2.2 鉆孔設計

每個鉆場向巷道掘進方向鉆4個鉆孔，鉆孔孔徑為94 mm，孔深120 m。鉆孔要求“打一、封一、抽一”。鉆孔數(shù)量可根據現(xiàn)場瓦斯涌出情況適當增加。

1.2.3 鉆場施工及效果

預先在鉆場位置打設鎖口錨索，向迎頭掘進5 m后，返掘鉆場。鉆場做成后開始打鉆，工作面隨之以每班4.0 m的標定正常掘進。然而，當掘離鉆場15 m后，工作面瓦斯居高不下，迫使停掘打鉆，加之巷幫鉆場打孔時間長，導致一月有效掘進時間為12 d左右，甚至更短。后來工作面又同步采取“淺孔小循環(huán)排放”和“兩掘一鉆”（即兩個班掘進，一個班打排放卸壓鉆孔）的措施。該措施24 h一個循環(huán)，即一個小班鉆孔，掩護另兩個小班掘進。鉆孔施工采用ZQSJ-140/4.1架柱支撐氣動手持式鉆機打孔（每個掘進工作面設置2臺），鉆孔數(shù)量為13個Ф75 mm，鉆孔深度為18 m。滿足抽放時間（4 h）后，進行效果檢驗（危險性預測采用MD-2型鉆屑瓦斯解析儀預測）。如果檢驗指標超限，則再次補打5～8個瓦斯排放鉆孔循環(huán)作業(yè)，直至S、△h2降至臨界值以下。掘進速度雖然有些許提升，但有效掘進時間依然不理想（16 d左右）。

瓦斯治理效果是制約本礦井巷道掘進速度的關鍵因素，而擁有完善、穩(wěn)定、可靠的通風系統(tǒng)則是掘進巷道瓦斯治理的基礎。因此，礦井必須從通風和瓦斯抽放兩個方面著手：①通過加強區(qū)域和局部瓦斯抽放技術管理，堅持“先抽后掘、邊抽邊掘”的原則，使掘進作業(yè)始終處于瓦斯抽放覆蓋區(qū)內，為掘進作業(yè)創(chuàng)造良好的條件；②通過改進掘進巷道施工工藝，為掘進作業(yè)創(chuàng)造良好的通風條件。

2 深孔預抽

沒有抽不出的瓦斯，只有打不到的鉆孔。煤層瓦斯抽放效率的高低關鍵在于抽放周期是否足夠、抽放半徑是否恰當。工作人員要在加大鉆孔數(shù)量的同時，增加抽放周期。

深孔預抽時，縮小鉆場間距為45 m，并重新布置鉆場。鉆場鉆孔草圖如2所示，可采取3種鉆孔布置方式：①距煤壁750 mm平行線上布置5個孔徑為130 mm的鉆孔，孔深50 m，服務于工作面預抽；②距煤壁1 250 mm平行線上布置4個孔徑為94 mm的鉆孔，孔深120 m，以攔截巷道煤壁瓦斯釋放；③距煤壁1 750 mm平行線上布置4個孔徑為94 mm的鉆孔，孔深300 m，服務于外圍預抽。

3 大斷面掘進

兩順槽采用6 m大斷面掘進工藝。巷道布置專用擋風墻，以7∶8（即2.8 m+3.2 m）的比例全程隔斷，采用一進一回的方式通風，通過不斷引入礦井全風壓風流，解決長距離巷道的局部通風技術難題，使巷道始終保持在全風壓通風狀態(tài)。工作面仍采用局部通風機壓入式供風。巷道設備布置如圖3所示，在2.8 m巷道內設置皮帶輸送機、瓦斯抽放主管路和壓風、壓水、排水管路，在3.2 m巷道內設置軌道運輸設備、壓水施救裝置、電纜、信號等線路及風筒。專用擋風墻采用以鐵絲網為龍骨的雙層非助燃風布密封的續(xù)接式擋風設施，頂部固定采用3 m板梁壓接，并采用金屬摩擦柱支撐板梁的方式，用黃土或煤壓茬密封底部。

4 結束語

隨著煤炭開采深度的增加，高瓦斯礦井已不屬于個別存在。高、突礦井的開采已經提上日程，怎樣才能安全、快速、高效地開采煤礦，依然是我們煤礦工程技術人員面臨的嚴峻課題。我們不僅要依靠高質量的機械，更不能忽視生產工藝的創(chuàng)新和設計。

〔編輯：王霞〕